Влажная почва как дисперсная система

Грунты как дисперсные системы. Виды воды в грунтах. Структура и текстура грунтов.

Грунты как дисперсные системы. Виды воды в грунтах. Структура и текстура грунтов.

Дисперсные системы — это системы, состоящие из двух или более веществ, распределённых друг в друге. Грунты, состоящие из измельченных частиц минералов, могут представлять собой двухфазную систему типа твердые частицы+вода, твердые частицы+воздух или трехфазную систему типа твердые частицы+вода+воздух.

Коллоиды — это не вещества, а состояние веществ по степени раздроб­ленности. К коллоидам мы относим глинистые частицы крупностью менее 0,1 мкм, обладающие рядом специфических свойств.

Степень дисперсности грунтов зависит от условий образования их ми­нералогического состава. Чем тоньше измельчено вещество, тем выше его суммарная поверхность, а следовательно, тем значительнее развиты явления взаимодействия на поверхностях раздела твердой, жидкой и газообразной фаз.

Свойства, придаваемые грунтам коллоидами, используются в строи­тельных целях. Спо­собность к обменному поглощению может снизить набухаемость грунтов, их водоудерживающую способность. В грунтах всегда содержится некоторое количество воды, целиком или частично заполняющей трещины и поры между частицами.

Состояние влаги в грунте может быть твердым (лед), жидким (вода) и газообразным (пар). Вся влага, в любом состоянии, находится в постоянном физическом и химическом взаимодействии с частицами грунта.

При температуре выше 0°С в фунтах можно различать следующие ви­ды воды:

Кристаллизационная, или химически связанная, вода входит в состав кристаллических решеток минералов. Она может быть удалена при прокали­вании и, по существу, представляет собой составную часть вещества, сла­гающего частицы грунта.

Водяной пар заполняет пустоты грунта, свободные от воды; он пере­мещается из областей с повышенным давлением в области с низким давлени­ем; конденсируясь, способствует пополнению грунтовых вод.

Гигроскопическая вода притягивается частицами грунта из воздуха и конденсируется на их поверхности. Гигроскопическая вода может перемещаться в грунте, переходя в паро­образное состояние, и может быть удалена только высушиванием.

Пленочная вода удерживается на поверхности грунтовых частиц сила­ми молекулярного притяжения. Влажность грунта, соответствующая макси­мальной толщине молекулярных пленок воды, называется максимальной мо­лекулярной влагоемкостью. Пленочная вода может быть удалена из грунта путем испарения.

Капиллярная вода поднимается в грунте по свободным канальцам, об­разованным взаимосообщающимися порами или удерживается в них в под­вешенном состоянии.

Гравитационная вода не подвержена действию молекулярных и мени­сковых сил и полностью подчиняется законам гидростатики и гидродинами­ки. Подчиняясь действию сил тяжести, она свободно движется в грунте от большего напора к меньшему и пополняет грунтовую воду.

Структура природных грунтов характеризуется формой, величиной и взаимным расположением отдельных минеральных частиц.

Структура грунтов формируется в процессе отложения или образова­ния минеральных частиц и в процессе их дальнейшего существования.

Основные типы структурного фунта представлены на рис. 1.2.

Зернистая структура свойственна крупнообломочным и песчаным фун­там, губчатая — глинистым, хлопьевидная — илистым неуплотненным осадкам, а сетчатая характерна для песков.

Рис. 1.2. Основные типы структур грунта: а — зернистая; б — ячеистая (губчатая); в — хлопье­видная; г — сетчатая; 1 — микропоры; 2 – макропоры

Взаиморасположение структурных агрегатов в массиве грунтов обу­словливает текстуру грунтов. На текстуру также влияют условия образова­ния и существования грунтовых отложений, например периодичность осаж­дения частиц грунта в воде и последующие изменения величины и направле­ния действующих на породу сил.

Различают следующие основные текстуры грунтов:

— сыпучая, свойственная пескам эолового происхождения, элювиаль­ным обломочным образованиям;

— слоистая, характерная для грунтов водного происхождения, напри­мер, озерно-ледниковых отложений, речных и морских песков, сланцеватых пород (подвергшихся метаморфизму);

— слоистая, присущая ледниковым отложениям, лессам;

— слитная, присущая древним морским отложениям.

Основные закономерности механики грунтов. Зависимость между внешним давлением и изменением коэффициента пористости.

Общие положения о деформациях в грунте. Модуль деформации грунтов. Определение модуля деформации грунта.

Сжимаемость.

Способность грунта уменьшаться в объеме под воздействием уплотняющих нагрузок называют сжимаемостью, осадкой или деформацией. По физическому строению грунт состоит из отдельных частиц различной крупности и минерального состава (скелет грунта) и пор, заполненных жидкостью (вода) и газом (воздух). При возникновении напряжений сжатия изменение объемов происходит за счет уменьшения объемов, располагающихся внутри грунта пор, заполненных водой. Таким образом, сжимаемость зависит от многих факторов, основными из которых являются физический состав, вид структурных связей частиц и величина нагрузки.

По характеру усадки разделяют упругие и пластические деформации. Упругие деформации возникают в результате нагрузок, не превышающих структурную прочность грунтов, т.е. не разрушающих структурные связи между частицами и характеризуются способностью грунта возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузок. Пластические деформации разрушают скелет грунта, нарушая связи и перемещая частицы относительно друг друга. При этом объемные пластические деформации уплотняют грунт за счет изменения объема внутренних пор, а сдвиговые пластические деформации – за счет изменения его первоначальной формы и вплоть до разрушения. При расчетах сжимаемости грунта основные деформационные характеристики определяют в лабораторных условиях согласно коэффициенту относительной сжимаемости, коэффициенту бокового давления и коэффициенту поперечного расширения.

Сопротивление сдвигу

Предельным сопротивлением сдвигу называется способность грунта противостоять перемещению частей грунта относительно друг друга под воздействием касательных и прямых напряжений. Этот показатель характеризуется прочностными свойствами грунтов и используется в расчетах оснований зданий и сооружений. Способность грунта воспринимать нагрузки не разрушаясь, называют прочностью. В песчаных и крупнообломочных несвязных грунтах сопротивление достигается в основном за счет силы трения отдельных частиц, такие грунты называют сыпучими. Глинистые грунты обладают более высоким сопротивлением к сдвигу, т.к. наряду с силой трения сдвигу противостоят силы сцепления. В строительстве этот показатель важен при расчете оснований фундаментов и изготовлении земляных сооружений с откосами.

Сопротивление глинистых грунтов сдвигу t определяется уравнением Кулона:

Для песчаных грунтов, из-за отсутствия сил сцепления, сопротивление сдвигу приобретает вид:

Водопроницаемость

Водопроницаемость характеризуется способностью грунта пропускать через себя воду под действием разности напоров и обуславливается физическим строением и составом грунта. При прочих равных условиях при физическом строении с меньшим содержанием пор, и при преобладании в составе частиц глины водопроницаемость будет меньшей, нежели у пористых и песчаных грунтов соответственно. Нельзя недооценивать данный показатель, т.к. в строительстве он влияет на устойчивость земляных сооружений и обуславливает скорость уплотнения грунтов оснований.

Общие положения теории ПНС. Фазы напряженного состояния,

Грунты как дисперсные системы. Виды воды в грунтах. Структура и текстура грунтов.

Дисперсные системы — это системы, состоящие из двух или более веществ, распределённых друг в друге. Грунты, состоящие из измельченных частиц минералов, могут представлять собой двухфазную систему типа твердые частицы+вода, твердые частицы+воздух или трехфазную систему типа твердые частицы+вода+воздух.

Коллоиды — это не вещества, а состояние веществ по степени раздроб­ленности. К коллоидам мы относим глинистые частицы крупностью менее 0,1 мкм, обладающие рядом специфических свойств.

Степень дисперсности грунтов зависит от условий образования их ми­нералогического состава. Чем тоньше измельчено вещество, тем выше его суммарная поверхность, а следовательно, тем значительнее развиты явления взаимодействия на поверхностях раздела твердой, жидкой и газообразной фаз.

Свойства, придаваемые грунтам коллоидами, используются в строи­тельных целях. Спо­собность к обменному поглощению может снизить набухаемость грунтов, их водоудерживающую способность. В грунтах всегда содержится некоторое количество воды, целиком или частично заполняющей трещины и поры между частицами.

Состояние влаги в грунте может быть твердым (лед), жидким (вода) и газообразным (пар). Вся влага, в любом состоянии, находится в постоянном физическом и химическом взаимодействии с частицами грунта.

При температуре выше 0°С в фунтах можно различать следующие ви­ды воды:

Кристаллизационная, или химически связанная, вода входит в состав кристаллических решеток минералов. Она может быть удалена при прокали­вании и, по существу, представляет собой составную часть вещества, сла­гающего частицы грунта.

Водяной пар заполняет пустоты грунта, свободные от воды; он пере­мещается из областей с повышенным давлением в области с низким давлени­ем; конденсируясь, способствует пополнению грунтовых вод.

Гигроскопическая вода притягивается частицами грунта из воздуха и конденсируется на их поверхности. Гигроскопическая вода может перемещаться в грунте, переходя в паро­образное состояние, и может быть удалена только высушиванием.

Пленочная вода удерживается на поверхности грунтовых частиц сила­ми молекулярного притяжения. Влажность грунта, соответствующая макси­мальной толщине молекулярных пленок воды, называется максимальной мо­лекулярной влагоемкостью. Пленочная вода может быть удалена из грунта путем испарения.

Капиллярная вода поднимается в грунте по свободным канальцам, об­разованным взаимосообщающимися порами или удерживается в них в под­вешенном состоянии.

Гравитационная вода не подвержена действию молекулярных и мени­сковых сил и полностью подчиняется законам гидростатики и гидродинами­ки. Подчиняясь действию сил тяжести, она свободно движется в грунте от большего напора к меньшему и пополняет грунтовую воду.

Структура природных грунтов характеризуется формой, величиной и взаимным расположением отдельных минеральных частиц.

Структура грунтов формируется в процессе отложения или образова­ния минеральных частиц и в процессе их дальнейшего существования.

Основные типы структурного фунта представлены на рис. 1.2.

Зернистая структура свойственна крупнообломочным и песчаным фун­там, губчатая — глинистым, хлопьевидная — илистым неуплотненным осадкам, а сетчатая характерна для песков.

Рис. 1.2. Основные типы структур грунта: а — зернистая; б — ячеистая (губчатая); в — хлопье­видная; г — сетчатая; 1 — микропоры; 2 – макропоры

Взаиморасположение структурных агрегатов в массиве грунтов обу­словливает текстуру грунтов. На текстуру также влияют условия образова­ния и существования грунтовых отложений, например периодичность осаж­дения частиц грунта в воде и последующие изменения величины и направле­ния действующих на породу сил.

Различают следующие основные текстуры грунтов:

— сыпучая, свойственная пескам эолового происхождения, элювиаль­ным обломочным образованиям;

— слоистая, характерная для грунтов водного происхождения, напри­мер, озерно-ледниковых отложений, речных и морских песков, сланцеватых пород (подвергшихся метаморфизму);

— слоистая, присущая ледниковым отложениям, лессам;

— слитная, присущая древним морским отложениям.

Источник

Грунты как дисперсные системы.

Грунты – дисперсные (раздробленные) системы, являющиеся продуктами механического, химического, физико-механического и биологического процессов выветривания в земной коре.

В условиях естественного залегания они представляют собой сложную систему твердых, жидких и газообразных компонентов. Во всех грунтах, кроме скальных, твердые частицы представляют собой систему минеральных зерен величиной от нескольких сантиметров до мельчайших частиц с размерами в сотые и тысячные доли мм. Они состоят из первичных (кварц, полевые шпаты, слюды, магниево-железистые соли, кремниевые кислоты, кальцит, доломит и др.) и вторичных минералов (каолинит, монтмориллонит, окислы и гидроокислы алюминия и железа, кремнезем и др.), а также из органической части (гумуса, торфа, иловатых частиц и др.).

Дисперсные системы — это системы, состоящие из двух или более веществ, распределённых друг в друге.

Степень дисперсности грунтов зависит от условий образования их минералогического состава. Чем тоньше измельчено вещество, тем выше его суммарная поверхность, а следовательно, тем значительнее развиты явления взаимодействия на поверхностях раздела твердой, жидкой и газообразной фаз.

В грунтах всегда содержится некоторое количество воды, целиком или частично заполняющей трещины и поры между частицами. Состояние влаги в грунте может быть твердым (лед), жидким (вода) и газообразным (пар). Вся влага, в любом состоянии, находится в постоянном физическом и химическом взаимодействии с частицами грунта.

Структура природных грунтов характеризуется формой, величиной и взаимным расположением отдельных минеральных частиц. Структура грунтов формируется в процессе отложения или образования минеральных частиц и в процессе их дальнейшего существования.

Взаиморасположение структурных агрегатов в массиве грунтов обусловливает текстуру грунтов. Различают следующие основные текстуры грунтов:

· сыпучая, свойственная пескам эолового происхождения, элювиальным обломочным образованиям;

· слоистая, характерная для грунтов водного происхождения, например, озерно-ледниковых отложений, речных и морских песков, сланцеватых пород (подвергшихся метаморфизму);

· слоистая, присущая ледниковым отложениям, лессам;

· слитная, присущая древним морским отложениям

8. Характеристика грунтовых фаз (элементов грунтов). Есть в лекциях.

Твердая компонента. С физичес­кой точки зрения компоненты грунта, находя­щиеся в твердом состоянии характеризуются ста­бильностью формы и определенным характе­ром теплового движения атомов. Выделяется два типа состояний твердой ком­поненты грунтов: кристаллическое и аморфное.

Прочностные и деформационныесвойства грунта зависят от прочности составляющих его твердых компонентов и характера связи между ними.

• По характеру связей в твердых компонентах выделяется пять типов связей:
• Ковалентный (Высокая твердость, слабая электропроводность)
• Ионный(Растворимость, малая электропроводность)
• Металлический(Высокая электропроводность)
• Водородный (Склонность к полимеризации)
• Молекулярный (Низкие точки плавления и кипения, сжимаемость)

Жидкая компонента —важнейшая составная часть большинства грунтов. Ее формирование в грунтах может происходить как естественным, так и ис­кусственным путем. По составу жидкости можно разделить на неорганические, органические и смешанные, включая и эмульсии.

Среди неорганических жидкостей в грунтах наибольшее значение имеет вода — одно из самых распространенных веществ на Земле. Почти 70,8% пло­щади земной поверхности покрыто водой.

Вода всегда содержит те или иные растворенные неорганические или орга­нические вещества. Поэтому воду в грунтах необходимо рассматривать как соответствующие водные растворы. Для инженерно-геологических исследова­ний целесообразно выделять водные растворы электролитов и неэлектроли­тов.

Органические жидкости в грунтах —жидкие углеводороды (керосин, бен­зин и др.), смолы и битумы — формируются искусственным (техногенным) путем как в результате целенаправленной деятельности (например, в ходе технической мелиорации грунтов при их закреплении смолами), так и некон­тролируемо (в результате утечек, аварийных выбросов, аварий и др.).

Смеси жидкостей в грунтах представлены в основном нефтями, являющи­мися ценными природными полезными ископаемыми, сложными смесями .

Эмульсиипредставляют собой смеси двух и более несмешивающихся жид­костей, это своеобразные дисперсные системы с жидкой дисперсионной сре­дой и жидкой дисперсной фазой. В грунтах наиболее распространены водо­нефтяные эмульсии, формирующиеся на контакте нефти и водоносных гори­ зонтов.

Газы вгрунтах по условиям и особенностям генезиса могут быть природ­ного и антропогенного (техногенного) происхождения.

9. Твердые минеральные частицы в грунтах.
Твердая компонента. С физичес­кой точки зрения компоненты грунта, находя­щиеся в твердом состоянии характеризуются ста­бильностью формы и определенным характе­ром теплового движения атомов. Выделяется два типа состояний твердой ком­поненты грунтов: кристаллическое и аморфное.

Прочностные и деформационныесвойства грунта зависят от прочности составляющих его твердых компонентов и характера связи между ними.

• По характеру связей в твердых компонентах выделяется пять типов связей:
• Ковалентный (Высокая твердость, слабая электропроводность)
• Ионный(Растворимость, малая электропроводность)
• Металлический(Высокая электропроводность)
• Водородный (Склонность к полимеризации)
• Молекулярный (Низкие точки плавления и кипения, сжимаемость)

Природные силикаты ,класс наиболее распространенных минералов; это химические соединения с комплексным кремне­ кислородным радикалом и преобладающими ковалентными связями.

Наряду с природными силикатами состав многих техногенных грунтов формируется и искусственными силикатами, которые создаются человеком сознательно или нецеленаправленно в процессе хозяйственной деятельности

Глинистые минералы —это гидратированные слоистые и слоисто-лен­точные силикаты, образующиеся преимущественно в процессе химического выветривания или гидролиза горных пород, а также гидротермальным путем, отличающиеся от прочих слоистых силикатов высокой дисперсностью и гидрофильностью, что обусловливает их специ­фические физико-химические свойства — сорбцию и ионный обмен. Они са­мые распространенные и исключительно разнообразные породообразующие минералы верхней части земной коры.

Сульфаты.Представляют собой ионные минералы — соли серной кислотв. Сульфа­ты щелочных металлов и водные сульфаты легко растворимы в воде и имеют специфический солоноватый, горько-соленый или вяжущий вкус. Формирование залежей сульфатов связано с процессами осадконакопле­ния в замкнутых морских бас­сейнах.

КАРБОНАТЫ. Представляют собой соли угольной кислоты. Для карбонатов характерна смешан­ная ионно-ковалентная связь. Наиболее распрос­траненными минералами среди кар­бонатов является кальцит.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник